聚合硫酸铝形态特征对混凝机理影响

聚合硫酸铝形态特征对混凝机理影响 第三届环境模拟与污染控制学柬研讨会论文 聚合硫酸铝形态特征对混凝机理影响 冯雪冬02，栾兆坤„，常青2，王宏字o。 (1中国科学院生态环境 100085:2兰州交通大 学环境科学与工程学研究中心，国家重点环境水质学实验室，北京， 730070:3，浙江大学，环境科学研究所，杭州310029) 院，甘肃兰州 聚合硫酸铝(PAS)为铝盐类无机高分子絮凝剂(口F)。相对传统的絮凝剂具有用量少，水质使用范围广，水中残留铝含量低等优点。当前文献所报道的PAs的制各，阴离子以s04。 为主产品所见报道不多。作者以一次加碱法合成不同碱化度(B)的PAs，以Fe?on络合逐 时比色法研究了PAS的形态特征分布及形态特征对混凝机理的影响。 实验部分 1(1 1聚合硫酸铝的制备 1(1(2 Ferron逐时络合比色法?1 结果与讨论 2 1 s0。2。与聚铝结合形态特征 研究表明13】:聚合铝混凝效果的提高在于本身结构的独特 性，传统混凝剂的错离子形态 主要以铝单体存在，即主要成分为A1。。作为强制的水解产物，聚合铝含有大量铝的强基聚合物，即主要成分为Alb、A1。，A1b、Al。含量的提高增强了聚合铝的混凝效果。闻此提高A1b、 A1。的含量是提高混凝剂混凝效果的主要途径。目前,般把聚合铝看作羟基桥连的无机高分予 聚合物，sO。。在聚合体之架促使其生成更大的聚合体，表示如下: +so。2。一 ，以fc务Af铅摹胁砌廿水f{》』??7c璺}“,c嬲，4，c器，lj2 2(2 PAS与聚钳形态差异 s04。与不同聚铝形态的结合改变了聚铝的形态分布，检测相同B值的PAs与PAc的形 分布差异，比较SO。2?对形态影响，结果见表l;由表l可知。相同B值条件下，队s的Al泓 态 Alb,的高于PAC;PAs随B值的升高，A1b先升高后降低，A1c一直升高，PAs与PAC 最高 点的B值不同吼在B值为1(5时P_AS即出现Alb最大值(这与PAC有一定差异， A1b 最高值的出现与溶液铝浓度也有一定关系，但对P_As，其根本原因在于s0，一的桥联当然 作用。 攘黑揲黑?琴 30 1? 擎o 喁阃(mln}o ofdistribution of 1?able l The Distribu姑on of aIumjnum st曲mty Fig(1 Species hydrodyzate PAS and pAC andAS PAs与PAc的形态分布差异 2(3 PAS，PAC，As水解形态变化曲线 PAs水解动力学形态 研究表明 】，投加到水中的A1b，A】。聚合形态对负电荷表面颗粒的强烈吸附,电中和作用 及絮凝架桥和网捕卷扫作用是导致聚合铝商效絮凝的最佳凝聚形态。比较PAs，I谂c，AS 的铝形态动力学曲线，结果如下:As水解形态对混凝条件的依赖性较强，混合时间与pH使 影响较大，水解形态主要为A1。，Al。单体形态可直接转化为氢氧化铝凝胶微粒:PAc，PAs 水解形态较为稳定，主要以A1b，Al。存在。P=AC主要以高正电荷低分子量的A1b形态为主， 一35一 第三届环境模拟与污染控桃学术研讨会论文 这些形态强烈吸附于高岭?颗粒表面，中和表面负电荷，因此PAc的混凝机理以电中和作用 为主。PAS的Alc形态更多，均倾向于生成带电量较低的絮状无定形氢氧化铝沉淀，新生成 的氢氧化铝无定形沉淀具有很大的比表面，在其形成进程中高岭土颗粒可粘附卷扫于沉淀中 而被沉降除去，因此PAS的混凝机理以电中和及网捕卷扫两种作用共存。 2，4 PAS对混凝机理影响 在口H值7(5的高岭土体系中试验了PAS的混凝效果，商岭土颗 zeta电位和体系浊度 粒 随投药量的变化如图l所示。 图1表明，随着投药量的增加，高岭土颗粒的Zeta 电位升高并逐渐由负变正变化:而体系剩余浊度迅 速降低，至最低点后又逐渐升高，出现一最佳投药 范围。这与以往对具有不同铝形态分布的P_AC 混 凝效果的研究结果相符川。比较三种样品的 Zeta 电位和剩余浊度随投药量的变化曲线会发 PAc 样品均使离岭土的zeta电位上升最快，现， 药范围最窄。通过对三种样品的A1b含但最佳投 量及其最佳 and zeta Thediffer“ce 投药量进行分析发现，相同投加量情况下，PAs的 the Fig(1 ofturbidi姆removaI ofPAs a?d PAc DotentiaI ofnocs 除浊效果优于PAC;。PAS混凝效果的提高其机理 高岭土颗 zeta电位和浊度随投药量的变化 尚未，统一【4j'6]，通过做PAC，PAs的ZAlA电位 测试，发粒 p_As的zATA电位比PAC的反面降低。PAS的最佳投药量与其Alb含量并不呈简 单的现 A1。含量，该现象无法简单咀电中 和作线性关系，同时也将取决于其它铝形态含量，尤其是 “簇混凝模式”解释其特殊的混凝过程p】。低电荷高分子量的Al。 形态含用加以解释，而将采用 P=As较易出现“表面簇”效应，更易发挥网捕卷扫作用。 量较多时， 结论 PAS的混凝机理主要表现为(吸附)电中和作用和网捕卷扫作用。PAs本身的性质主要是铝 形态分布决定的，A1b含量决定其混凝机理为电中和作用，A1。则以网捕卷扫作再j为主:PAs 中Al。含量越高，电中和能力越强，Al。形态则有利于在颗粒物表面形成表面静电簇导致颗粒 聚集，分子量越大越有利于“表面簇”结构的形成吼而“表面簇”效应有利于絮体结构的形 成。当 “表面簇”效应。如果PAS投加 量继续增颗粒物表面的铝形态吸附量达到,定程度，便会发生 大，颗粒物会被铝形态完全包裹，“表面簇”之间会相互粘连，形成更大的絮体。 参考文献: 『11冯雪冬，栾兆坤，常青，聚合硫酸铝的制各及形态特征分析，环境化学，接收f21冯利，栾兆坤，汤鸿霄，铝水解聚合形态研究方法的对比(环境化学，1993，12(5):373 f31栾兆坤，汤鸿霄，聚合铝凝聚特征及作用机理，环境科学学报，1992，12(2):129—137 S}L;Env油n(sci(Techn01(2002，36，1815-1820 f5]赵华章，高纯聚合氯化铝的研制与[4】wang，D 0博士学位沦文， 表征，中国科学院生态环境研究中， 2003 f6]栾兆坤，无机高分子絮凝剂聚合氯化铝的基础理论与应用研究，中国科学院生态环境研究 中心博士学位论文，1997( me e髓c_【s and D aluminum ofhydrohyzcd s01unon，En?。n(Sci, R，M。曲111ng R(D，孙d IyeT 【7】Le吮man Techn01(1985，19:673( 一36—